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    永磁節能電機的結構設計

    發布日期:2021-07-15

    永磁節能電機與勵磁發電機的最大區別在于它的勵磁磁場是由永磁體產生的。永磁體在電機中既是磁源,又是磁路的組成部分。永磁體的磁性能不僅與生產廠的制造工藝有關,還與永磁體的形狀和尺寸、充磁機的容量和充磁方法有關,具體性能數據的離散性很大。而且永磁體在電機中所能提供的磁通量和磁動勢還隨磁路其余部分的材料性能、尺寸和電機運行狀態而變化。此外,永磁發電機的磁路結構多種多樣,漏磁路十分復雜而且漏磁通占的比例較大,鐵磁材料部分又比較容易飽和,磁導是非線性的。這些都增加了永磁發電機電磁計算的復雜性,使計算結果的準確度低于電勵磁發電機。因此,必須建立新的設計概念,重新分析和改進磁路結構和控制系統;必須應用現代設計方法,研究新的分析計算方法,以提高設計計算的準確度;必須研究采用先進的測試方法和制造工藝。

    控制問題

    永磁發電機制成后不需外界能量即可維持其磁場,但也造成從外部調節、控制其磁場極為困難。這些使永磁發電機的應用范圍受到了限制。但是,隨著MOSFET、IGBTT等電力電子器件的控制技術的迅猛發展,永磁發電機在應用中無需磁場控制而只進行電機輸出控制。設計時需要釹鐵硼材料,電力電子器件和微機控制三項新技術結合起來,使永磁發電機在嶄新的工況下運行。

    不可逆退磁問題

    如果設計和使用不當,永磁發電機在溫度過高(釹鐵硼永磁)或過低(鐵氧體永磁)時,在沖擊電流產生的電樞反應作用下,或在劇烈的機械振動時有可能產生不可逆退磁,或叫失磁,使電機性能降低,甚至無法使用。因而,既要研究開發適合于電機制造廠使用的檢查永磁材料熱穩定性的方法和裝置,又要分析各種不同結構形式的抗去磁能力,以便在設計和制造時采用相應措施保證永磁式發電機不會失磁。

    成本問題

    由于稀土永磁材料目前的價格還比較貴,稀土永磁發電機的成本一般比電勵磁式發電機高,但這個成會在電機高性能和運行中得到較好的補償。在今后的設計中會根據具體使用的場合和要求,進行性能、價格的比較,并進行結構的創新和設計的優化,以降低制造成本。無可否認,現正在開發的產品成本價格比目前通用的發電機略高,但是我們相信,隨著產品更進一步的完美,成本問題會得到很好的解決。美國DELPHI(德爾福)公司的技術部負責人認為:“顧客注重的是每公里瓦特上的成本?!彼倪@一說法充分說明了交流永磁發電機的市場前景不會被成本問題困擾。

    永磁轉子特點

    結構1:并聯磁場結構;轉采用鑄造壓制而成,里面嵌放永磁體,能量大、重量輕、體積小、整體結構牢固可靠,最大工作轉速大于15000轉/分。專利號;ZL96 2 47776.1 結構2:串聯磁場式結構;轉子采用鋼結構,表面按順序嵌放永磁鐵,轉子表面磁通強、重量輕、體積小、整體結構牢固可靠,最大工作轉速大于15000轉/分。專利號:ZL98 2 33864.3 整機穩壓系統特點:采用可控硅和二極管組成半控橋式整流電路。穩壓系統是一種斬波調制型穩壓裝置,其穩壓精度為正負0.1v,故該發電機具有能瞬間承受較大電流、運行可靠和耐用等特點,又因可直接利用發電機發出的交流電的反向電壓使可控硅自行關斷,故無需加關斷電路,使電路結構簡單、可靠。

    優點

    編輯
    1:結構簡單、可靠性高。永磁式發電機省去了勵磁式發電機的勵磁繞組、碳刷、滑環結構,整機結構簡單,避免了勵磁繞組易燒毀、斷線,碳刷、滑環結構,整機結構簡單,避免了勵磁式發電機勵磁式發電機勵磁繞組易燒毀、斷線,碳刷、滑環易磨損等故障,可靠性大為提高。
    2:體積小、重量輕、比功率大。永磁轉子結構的采用,使得發電機內部結構設計排列得很緊湊,體積、重量大為減少。永磁轉子結構的簡化,還使得轉子轉動慣量減少,實用轉速增加,比功率(即功率、體積之比例)達到一個很高的值。
    3:中、低速發電性能好。功率等級相同的情況下,怠速時,永磁式發電機要比勵磁式發電機的輸出功率高一倍,也就是說,永磁式發電機的實際等功率等級的勵磁式發電機。
    4:能顯著地延長蓄電池壽命,減少蓄電池維護工作。主要原因是永磁式發電機采用的是開關式的整流穩壓方式,穩壓精度高,充電效果好。避免了過電流充電造成的蓄電池壽命縮短。永磁式發電機的開頭式整流輸出對蓄電池采用小電流脈沖充電,相同的充電電流充電效果更好,從而延長蓄電池的使用壽命。
    5:效率高。永磁式發電機是一種節能產品。永磁轉子結構免去了產生轉子磁場所需的勵磁功率和碳刷、滑環之間磨擦的機械損耗,使得永磁式發電機效率大為提高。普通勵磁式發電機在1500轉/分至6000轉/分之間的轉速范圍內平均效率只有45%至55%,而永磁式發電機則可高達75%至80%。
    6:采用自啟動式穩壓器無需外加勵磁電源。發電機只要一旋轉就能發電。當蓄電池損壞時,只要發動機處于運行狀態,汽車充電系統仍可正常工作。如汽車沒有蓄電池,只要搖轉手把或溜車,也可實現點火運行。
    7:特別適合于在潮濕或灰塵多的惡劣環境下工作。
    8:無線電干擾。永磁發電機無碳刷、無滑環的結構,消除了碳刷與滑環磨擦產生的無線電干擾;消除了電火花,特別適合于爆炸性危險程度較大的環境下工作,也降低了發電機對環境溫度的要求。

    結構特性對比

    編輯
    1:永磁式發電機:結構簡單,轉子磁場大,無勵磁繞組,無碳刷,無滑環,氣隙大,無觸點,整機唯一磨損部位是軸承。提高了產品可靠性,不用外接調節器,導磁體材料間距采用優化設計,減少了漏磁,使發電機怠速性能好,出電路足。
    勵磁式發電機:怠速發電性能差,電瓶容易放完電;發電機轉速在1500-6000轉/分區間效率只有40%-50%,效率低,因轉子存在勵磁線圈,整機溫升高;勵磁式發電機還極易出現碳刷、滑環損壞等問題。
    2:性能對比。(以28V、36A、1000W 發電機為例)
    28V、36A、1000W 發電機
    電流 (A)
    滿載轉速(r/min)
    平均效率(1500-6000r/min)
    調節電壓(V)
    負載特性(V)
    轉速特性(V)
    勵磁式
    9
    3500
    0.45
    28±0.3
    |△U|≤0.8
    |△U|≤0.5
    永磁式
    18
    2800
    0.8
    28±0.2
    |△U|≤0.3
    |△U|≤0.2
    3:體積溫升對比。如下表:

    外徑(mm)
    長度(mm)
    溫升(K)
    重量(kg)
    勵磁式
    Φ142
    180
    75
    6.5
    永磁式
    Φ128
    165
    50
    4
    從以上性能、結構、體積等對比情況分析,永磁式比勵磁式發電機結構簡單、體積小、重量輕、性能優越,低速時發電充足。JFYJ永磁發電機(3000W)和普通勵磁發電機(3000W)的體積重比較,如下表:
    3000W
    外徑(mm)
    長度(mm)
    重量(kg)
    JFYJ永磁發電機
    Φ171
    265
    12
    普通勵磁發電機
    Φ200
    310
    24




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